5.13. Высокочастотная сварка

Высокочастотная сварка – это сварка, при которой сварочный процесс осуществляется с помощью нагрева электрическими токами высокой частоты соединяемых поверхностей до пластичного состояния с последующим сжатием, обеспечивающим образование соединения.

При использовании электрических токов высокой частоты наблюдается поверхностный эффект, заключающийся в том, что под действием магнитного поля, возникающего вокруг проводника, которым является свариваемый участок заготовки, значительно возрастает индуктивное сопротивление центральной части проводника, что приводит к вытеснению тока в периферийную поверхностную часть заготовки. Этот эффект особенно усиливается в области сварки, если ток в соединяемых поверхностях имеет противоположное направление (рис. 5.25). В результате в свариваемых поверхностях сосредотачиваются около 95% тепловой энергии, обусловленной током, обеспечивая высокую интенсивность нагрева этих поверхностей.

I t Рис. 5.25. Схема нагрева поверхности токами высокой частоты: I – электрический ток; t – температура

I vсв А 1 3 2 Рис. 5.26. Высокочастотная сварка продольного стыка трубы: 1 – токоподводящий контакт; 2 – трубная заготовка; 3 – обжимной валок; vсв – скорость сварки; I – электрический ток; А – точка контакта стыкуемых кромок

На рис. 5.26 показана схема высокочастотной сварки продольного стыка отформованной из ленты трубы (формовка показана на рис. 4.46). Токоподводящие контакты 1подводят ток высокой частоты к кромкам трубной заготовки2, вызывая их интенсивный нагрев, в результате которого температура в точке контакта стыкуемых кромокАдостигает около 1300С. Далее трубная заготовка попадает в обжимные валки3, которые производят окончательное обжатие с получением неразъёмного соединения. Вследствие большой интенсивности нагрева, доходящей до 1500С/с, скорость сварки может достигать десятков и даже сотен метров в минуту, намного превышая скорость контактной, шовной или дуговой сварки. При этом зона термического влияния очень мала и составляет около 0,2 мм. Высокочастотная сварка по сравнению с контактной шовной сваркой уменьшает затраты энергии в 3–4 раза.

Высокочастотной сваркой могут свариваться различные стали, в том числе высоколегированные и коррозионно-стойкие, медные и алюминиевые сплавы, а также соединения из разнородных материалов толщиной 0,8…14 мм. Полученные соединения обладают высокой механической прочностью и отличаются стабильностью качества, поскольку процесс высокочастотной сварки обычно полностью автоматизирован и может осуществляться как в обычной атмосфере, так и в защитных газах, вакууме или с применением флюсов.

5.14. Холодная сварка

Холодная сварка– это сварка путём значительной пластической деформации без нагрева свариваемых поверхностей внешними источниками тепла. Холодная сварка осуществляется при комнатной и даже пониженной температуре. Физическая сущность процесса заключается в том, что при сдавливании заготовок в месте соединения происходит совместная пластическая деформация, приводящая к разрушению окисных плёнок, которые удаляются из зоны контакта пластическим течением металла, после чего происходит прочное соединение очищенных поверхностей вследствие протекания диффузии и образования металлических связей (диффузия– это обусловленное тепловым движением взаимное проникновение частиц одного вещества в другое при их соприкосновении).

Холодной сваркой получают стыковые, точечные и шовные соединения, аналогичные рассмотренным ранее, но без подведения электрического тока и при значительно большей пластической деформации.

Р Р 2 1 б) 3 а) Рис. 5.27. Холодная точечная сварка: а –схема процесса; б – возможные поперечные формы рабочих выступов пуансонов: 1 – свариваемые заготовки; 2, 3 – пуансоны

Например, при холодной точечной сварке (рис. 5.27-а) заготовки1, с предварительно зачищенными и обезжиренными поверхностями в месте соединения, помещают между пуансонами2и3, имеющими рабочие выступы, высота которых составляет 0,7…0,8 толщины свариваемого металла. Затем к пуансонам прикладывают силуР, обеспечивающую полное проникновение рабочих выступов в свариваемые заготовки (т.е. до упора в заготовки расширенных ограничительных торцов пуансонов). При необходимости свариваемые точки могут иметь различную форму, определяемую соответствующей формой рабочих выступов пуансонов (рис. 5.27-б).

2 Р 1 3 4 Рис. 5.28. Холодная контурная сварка: 1 – свариваемые заготовки; 2 – подвижный пуансон; 3 – неподвижный пуансон; 4 – центрирующий корпус

Для холодной шовной сварки используют специальные ролики, осуществляя процесс аналогично рис. 5.22-а.

Непрерывное соединение может быть также получено одновременным сдавливанием по всей длине соединяемых поверхностей. Холодной контурной сваркойназывается разновидность холодной сварки, предназначенная для получения швов, образующих замкнутый контур сравнительно небольшой длины в виде кольца, прямоугольника и т.п. (рис. 5.28). При её применении соединяемые заготовки1помещают между пуансонами2и3, центрированными с помощью корпуса4, после чего при сжатии силойРодновременно получают герметичный шов по всей длине требуемого контура.

Холодной сваркой соединяют однородные и разнородные материалы толщиной 0,2…15 мм при давлениях 150…1000 МПа. Наиболее хорошо свариваются высокопластичные сплавы меди, алюминия, цинка, никеля, золота, серебра, свинца и кадмия.

Преимуществами холодной сварки являются: 1) малый расход энергии; 2) незначительное изменение свойств металла в зоне сварного соединения; 3) высокая производительность; 4) возможность автоматизации.

Недостатками холодной сварки являются: 1) возможность сварки только материалов, обладающих высокой пластичностью при комнатной температуре (> 30%); 2) снижение несущей способности соединений из-за глубоких вмятин, оставляемых пуансонами на поверхностях изделий.